【《基于ADRC的异步电机调速系统的建模与仿真分析案例》2500字】

第页共77页基于ADRC的异步电机调速系统的建模与仿真分析案例1.1各模块及系统模型的建立电机参数：额定功率Pn=4kw，额定电压Un=400V，额定频率f=50Hz，定子电阻Rs=1.405欧姆，转子电阻Rr=1.395oΩ，定子电感Ls=5.87mH，转子电感Lr=5.87mH，定转子互感Lm=0.1722H，转动惯量J=0.0131kg·m2，极数为4。1.1.1异步电机模块异步电机可以通过数学公式来构建模型，也可以使用matlab中的电机模块，本文选择直接使用电机模块，选取模块如下：图1.1异步电机模块1.1.2速度控制器速度控制器采用PI控制和ADRC控制分别搭建。对于PI速度控制器，输入系统目标值和实际值的误差，经过补偿，来达到所要求的目标值，经过整定后，Kp=2，Ki=0.4；对于ADRC速度控制器，PI控制ADRC控制1.1.3坐标变换器将三相定子坐标下的值转变为两相α-β坐标下的值，并将其封装。坐标变换器模型如下：(a)电流变换(b)电压变换(c)封装图图1.4clark变换1.1.4磁链滞环控制磁链滞环控制的输入的是给定磁链ψ*和电机输出磁链ψ的差值，输出是磁链开关信号ψq。当ψq为“1”，容差范围为-0.001~0.001。表明电机输出的磁链低，需要增加磁链；当ψq为“0”表明电机输出的磁链高，需要降低磁链。磁链滞环控制模型如下：图1.5磁链滞环控制1.1.5转矩滞环控制转矩滞环控制的输入的是给定转矩Te*和电机输出转矩Te的差值，输出是转矩开关信号Teq。容差范围为-0.5~0.5。当Teq为“1”，表明电机输出的转矩低，需要增加转矩；当Teq为“0”表明电机输出的转矩高，需要降低转矩。转矩滞环控制模型如下：图1.6转矩滞环控制1.1.6区间选择知道磁链角，就可以确定磁链所处的区间N，然后结合后续得到的Tq与ψq便可以相应地选择系统将要作用的电压矢量值，对逆变器进行最优开关切换。但是根据磁链角度判断区间在软件实现上较为复杂，所以软件编程采用是将两相定子磁链ψsα和ψsβ转化为到三相坐标值ψA、ψB、ψC，根据ψA、ψB、ψC值的“+”，“-”关系来判断磁链区间。选择m函数进行仿真，其函数如下：图1.7区间选择1.1.7电压矢量选择将ψs、Te滞环控制的结果与电压空间矢量之间的关系结合考虑，可以得到完整的电压矢量控制表。根据系统中区间信号N、ψq、Teq三者的组合，选择合适的Us。将Us对应的开关信号作用在逆变器上，对逆变器进行控制，进而实现控制电机的目的。选择函数通过m函数实现，仿真图如下：图1.8电压矢量选择图1.9电压矢量选择1.1.8异步电机直接转矩仿真图将所有的模型组合，就可以得到完整的异步电机直接转矩仿真图。图1.10仿真总图1.2仿真结果及分析1.2.1系统高速情形仿真将传统异步电机直接转矩控制与带ADRC控制器的异步电机直接转矩控制系统在仿真平台各自运行，给定转速为1000n/min，磁链给定为1Wb，0.1s时带载运行，得到的仿真结果如下图所示：1.2.1.1转速比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较当0.1秒带载运行时，传统DTC系统转速下降幅度大，抗干扰能力弱，而带ADRC的DTC系统在下降后很快的回复原来转速，抗干扰能力强。1.2.1.2转矩比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较当高速运行时，传统DTC系统转矩脉动大，而带ADRC的DTC系统转矩脉动要小于传统DTC系统，性能较好。1.2.1.3磁链比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统系统通过图可以传统DTC系统和带ADRC的DTC系统磁链经过一段时间后均可以达到稳定，到达稳定的速度对比带ADRC的DTC系统要稍快于传统DTC系统。1.2.1.4电流比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较可知，在高速运行时传统DTC系统电流谐波大于带ADRC的DTC系统的电流谐波。高速运行时，期间转速保持1000n/min，由仿真结果可知ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统达到给定转速的时间更快，并且波动比较小，说明ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统有更好的转速追踪能力。ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统磁链达到稳定的时间更快，并且转矩稳定。并且相比与传统异步电机59.79%的电流谐波率，ADRC控制器的异步电机DTC系统的电流谐波率减小到了30.38%。1.2.2系统低速情形仿真将传统异步电机直接转矩控制与带ADRC控制器的异步电机直接转矩控制系统在仿真平台各自运行，给定转速为100n/min，磁链给定为1Wb，0.5s时带载运行，得到的仿真结果如下图所示：1.2.2.1转速比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较当0.1秒带载运行时，传统DTC系统转速下降幅度大，抗干扰能力弱，而带ADRC的DTC系统在下降后很快的回复原来转速，抗干扰能力强。1.2.2.2转矩比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较当低速运行时，传统DTC系统转矩脉动大，而带ADRC的DTC系统转矩脉动要小于传统DTC系统，性能略好。1.2.2.3磁链比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以传统DTC系统和带ADRC的DTC系统磁链经过一段时间后均可以达到稳定，到达稳定的速度对比带ADRC的DTC系统要稍快于传统DTC系统。1.2.2.4电流比较(a)传统DTC系统(b)带ADRC的DTC系统通过图可以比较可知，在高速运行时传统DTC系统电流谐波大于带ADRC的DTC系统的电流谐波。低速运行时，期间转速保持600n/min，由仿真结果可知ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统达到给定转速的时间更快，并且波动比较小，说明ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统有更好的转速追踪能力。ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统磁链达到稳定的时间更快，并且转矩稳定。并且相比与传统异步电机59.79%的电流谐波率，ADRC控制器的异步电机DTC系统的电流谐波率减小到了30.38%。1.2.3性能对比仿真时间设置为0.1s，开始时负载TL=1N·m，在时间0.1s时转为带载运行，此时TL=3N·m。高速运行时，期间转速保持1000n/min，由仿真结果可知ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统达到给定转速的时间更快，并且波动比较小，说明ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统有更好的转速追踪能力。ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统磁链达到稳定的时间更快，并且转矩稳定。并且相比与传统异步电机59.79%的电流谐波率，ADRC控制器的异步电机DTC系统的电流谐波率减小到了30.38%。因此，在高速运行时，ADRC控制器的异步电机DTC系统在转速、转矩、电流等方面性能都高于传统异步电机DTC系统。低速运行时，期间转速保持100n/min，由仿真结果可知ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统达到给定转速的时间更快，并且波动比较小，说明ADRC控制器的异步电机DTC系统比传统异步电机DTC系统有更好的转速追踪能力。ADRC控制器的